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第二单元:从局部估计到有限轨道振荡

第一单元把 C Proposition 3.5 的振荡界作为输入。本单元继续向前追到 C Theorem 2.2,逐段讨论 Lemmas 3.2–3.4 和 Proposition 3.5 的证明,覆盖 C pp.3–4、6–9。

这里仍把 Theorem 2.2 作为指定假设。原稿将其证明放在 §§4–6,并引用 H、D 中的核心分析结果;本单元核对的是从这一局部估计到振荡界的推导。

1. 局部估计究竟允许什么

1.1 斜率、区间和深度

固定两两不同的整数 b0=0,b1,b2,b3b_0=0,b_1,b_2,b_3,满足

gcd⁡(∣b1∣,∣b2∣,∣b3∣)=1. \gcd(|b_1|,|b_2|,|b_3|)=1.

取一个平移后的二进区间格。区间均为半开区间;一棵以 JJ 为根的有限树包含所选区间与根之间的全部祖先。对树中区间 II,深度为

s(I)=log⁡2(∣J∣/∣I∣). s(I)=\log_2(|J|/|I|).

深度越大,区间越小。树的最大深度记为 dd。

1.2 可容许核的完整条件

对应 C Definition 2.1,p.3,式 (2.1)–(2.3)。

固定 δ0>0\delta_0>0、C0≥1C_0\ge1。长度为 rr 的区间 II 上,核 wI∈Cc∞(R2;C)w_I\in C_c^\infty(\mathbb R^2;\mathbb C) 满足以下三项要求。

第一,支撑上的每个坐标 x+bjtx+b_jt 都在 II 内,并距端点至少 δ0r\delta_0r:

x+bjt∈I,dist⁡(x+bjt,∂I)≥δ0r,0≤j≤3. x+b_jt\in I, \quad \operatorname{dist}(x+b_jt,\partial I)\ge\delta_0r, \quad 0\le j\le3.

第二,沿每个坐标方向都有消去性:对每个 v∈Rv\in\mathbb R 和 0≤j≤30\le j\le3,

∫RwI(v−bjt,t) dt=0. \int_{\mathbb R}w_I(v-b_jt,t)\,\mathrm{d}t=0.

第三,若 a,ea,e 为非负整数,n=a+en=a+e,则

∥∂xa∂tewI∥∞≤r−n[C0(n+2)]C0(n+2). \|\partial_x^a\partial_t^e w_I\|_\infty \le r^{-n}[C_0(n+2)]^{C_0(n+2)}.

相应局部四线性形式为

HI(z0,z1,z2,z3)=r−2∫R2wI(x,t)∏j=03zj(x+bjt) dx dt. H_I(z_0,z_1,z_2,z_3) =r^{-2}\int_{\mathbb R^2}w_I(x,t) \prod_{j=0}^{3}z_j(x+b_jt)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}t.

因子 r−2r^{-2} 与二维积分的尺度相配。后面出现 rHIrH_I 时,核前的系数是 r−1r^{-1},这一归一化决定最终能否精确还原尺度差。

1.3 每块内的幅度与变差

对于深度块 B={u,…,v}B=\{u,\ldots,v\} 以及函数列 (zs)(z_s),定义逐点量

VB(z)=max⁡u≤s≤v∣zs∣+∑s=uv−1∣zs+1−zs∣. \mathcal V_B(z)=\max_{u\le s\le v}|z_s| +\sum_{s=u}^{v-1}|z_{s+1}-z_s|.

它同时控制块内幅度与总变差;相邻不同块之间的跳变不计入。

C Theorem 2.2(pp.3–4,式 (2.4))主张:对每个位置 j=0,1,2,3j=0,1,2,3,给定全部深度上的可测函数 zj,s:J→Cz_{j,s}:J\to\mathbb C,并把 {0,…,d}\{0,\ldots,d\} 分成 Wj≥1W_j\ge1 个确定的非空连续块。若每个块满足

VB(zj)≤Wj−1/2几乎处处于 J, \mathcal V_B(z_j)\le W_j^{-1/2} \quad\text{几乎处处于 }J,

将所有函数在 JJ 外作零延拓。则对树中任意区间子集 I\mathcal I,

∑I∈I∣I∣ ∣HI(z0,s(I),z1,s(I),z2,s(I),z3,s(I))∣≤Cb,δ0,C0∣J∣.(T) \sum_{I\in\mathcal I}|I|\, \bigl|H_I(z_{0,s(I)},z_{1,s(I)},z_{2,s(I)},z_{3,s(I)})\bigr| \le C_{b,\delta_0,C_0}|J|. \tag{T}

常数不依赖二进格的平移、树、深度、子集、具体核以及四个分块方案和块数。所有深度的函数均须给定,即使该深度恰无求和区间。

式 (T) 估计的是逐项绝对值之和,而不仅是整个和的绝对值。后面的应用只需第零位置随深度变化,另外三个位置固定;定理的陈述更一般。

2. 把光滑尺度差写成四方向消去核

对应 C Lemma 3.2,p.6。固定第一单元所定义的平均权重 φ\varphi,记

ψ=φ2−φ,Δk(t)=φ2k+1(t)−φ2k(t)=2−kψ(2−kt). \psi=\varphi_2-\varphi, \quad \Delta_k(t)=\varphi_{2^{k+1}}(t)-\varphi_{2^k}(t) =2^{-k}\psi(2^{-k}t).

2.1 为什么需要四个消失矩

对 j=0,1,2,3j=0,1,2,3,换元得到

∫tjψ(t) dt=(2j−1)∫tjφ(t) dt=0. \int t^j\psi(t)\,\mathrm{d}t =(2^j-1)\int t^j\varphi(t)\,\mathrm{d}t=0.

当 j=0j=0 时,因子 2j−12^j-1 本身为零;其余三项用到 φ\varphi 的消失矩。

取 B≥1B\ge1,使 supp⁡ψ⊆[−B,B]\operatorname{supp}\psi\subseteq[-B,B],并定义

g(t)=16∫−∞t(t−v)3ψ(v) dv. g(t)=\frac16\int_{-\infty}^{t}(t-v)^3\psi(v)\,\mathrm{d}v.

连续求导四次得到 g(4)=ψg^{(4)}=\psi。若 t<−Bt<-B,积分为零;若 t>Bt>B,把 (t−v)3(t-v)^3 展开成 vv 的三次多项式,四个矩全为零,因此积分仍为零。所以 g∈Cc∞(R)g\in C_c^\infty(\mathbb R),支撑在 [−B,B][-B,B]。

低于四阶的导数由有限区间积分直接估计;其余导数是 ψ\psi 的导数。因此 gg 仍满足第一单元的导数增长形式,常数可以增大。

2.2 四个微分算子的作用

取第一单元构造的非负质量一函数 ρ\rho,令

u(z)=8ρ(8z). u(z)=8\rho(8z).

则 ∫u=1\int u=1,且 supp⁡u⊆[−1/8,1/8]\operatorname{supp}u\subseteq[-1/8,1/8]。选一个二进整数 D≥1D\ge1,使

D>4Bmax⁡0≤j≤3∣bj∣. D>4B\max_{0\le j\le3}|b_j|.

定义

F(z,σ)=u(z)D−3g(Dσ),Lj=∂σ−bj∂z,W=∏j=03LjF. F(z,\sigma)=u(z)D^{-3}g(D\sigma), \quad L_j=\partial_\sigma-b_j\partial_z, \quad W=\prod_{j=0}^{3}L_jF.

这些常系数微分算子相互交换。对长度 r=D2kr=D2^k、中点 mIm_I 的区间 II,令

wI(x,t)=W(x−mIr,tr). w_I(x,t)=W\left(\frac{x-m_I}{r},\frac tr\right).

这就是需要送入式 (T) 的核。

2.3 支撑与边界距离

在 WW 的支撑上,∣z∣≤1/8|z|\le1/8、∣σ∣≤B/D|\sigma|\le B/D,故

∣z+bjσ∣≤18+∣bj∣BD<38. |z+b_j\sigma| \le\frac18+\frac{|b_j|B}{D}<\frac38.

放大到区间 II 后,∣x+bjt−mI∣<3r/8|x+b_jt-m_I|<3r/8。由于端点距中点为 r/2r/2,每个坐标距端点大于 r/8r/8。因此可取 δ0=1/8\delta_0=1/8。

导数由链式法则各产生 r−1r^{-1}。固定 DD、斜率和 FF 的导数常数后,乘积法则给出 §1.2 的导数界,某个 C0C_0 只依赖 φ\varphi 与固定斜率。

2.4 沿四个方向的积分为什么为零

对固定 jj,令

Gj=∏i≠jLiF,W=LjGj. G_j=\prod_{i\ne j}L_iF, \quad W=L_jG_j.

链式法则精确给出

ddtGj(v−bjt−mIr,tr)=1rwI(v−bjt,t). \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} G_j\left(\frac{v-b_jt-m_I}{r},\frac tr\right) =\frac1r w_I(v-b_jt,t).

所以核等于右边被求导函数的导数乘 rr,不是直接等于该导数。被求导函数关于 tt 紧支撑,积分后边界项为零,得到四条线消去条件。

2.5 对空间坐标积分后恰好得到尺度差

把 W=∏j(∂σ−bj∂z)FW=\prod_j(\partial_\sigma-b_j\partial_z)F 展开。每个含 ∂z\partial_z 的项在对 zz 积分时消失,只剩 ∂σ4F\partial_\sigma^4F。由 ∫u=1\int u=1 与 g(4)=ψg^{(4)}=\psi,

∫RW(z,σ) dz=Dψ(Dσ). \int_{\mathbb R}W(z,\sigma)\,\mathrm{d}z =D\psi(D\sigma).

于是

1r∫RW(z,t/r) dz=Drψ(Dt/r)=2−kψ(2−kt)=Δk(t).(K) \frac1r\int_{\mathbb R}W(z,t/r)\,\mathrm{d}z =\frac Dr\psi(Dt/r) =2^{-k}\psi(2^{-k}t) =\Delta_k(t). \tag{K}

这就是 C 式 (3.4)。前三阶消失矩的作用在此完全明确:它们保证四重原函数 gg 仍紧支撑,从而既能实现尺度差,又能得到四方向消去。

3. 从二进区间估计到实直线估计

对应 C Lemma 3.3,p.7,式 (3.5)–(3.6)。

3.1 所要证明的实直线不等式

固定 0≤k−≤k+0\le k_-\le k_+,将整数尺度 {k−,…,k+}\{k_-,\ldots,k_+\} 分成 ww 个确定的非空连续块。设有界 Borel 函数 h1,h2,h3,h0,kh_1,h_2,h_3,h_{0,k} 都支撑在一个长度为 LL 的共同区间,并满足

∣hj∣≤1(j=1,2,3),VB(h0)≤w−1/2 |h_j|\le1\quad (j=1,2,3), \quad \mathcal V_B(h_0)\le w^{-1/2}

,对每个尺度块 BB 成立。要由式 (T) 推出

∣∑k=k−k+∫R2h0,k(x)∏j=13hj(x+bjt)Δk(t) dx dt∣≤Cφ,b(L+D2k+).(R2) \left|\sum_{k=k_-}^{k_+}\int_{\mathbb R^2} h_{0,k}(x)\prod_{j=1}^{3}h_j(x+b_jt)\Delta_k(t) \,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}t\right| \le C_{\varphi,b}(L+D2^{k_+}). \tag{R2}

3.2 根区间总长度为何只付边界损失

令 rk=D2kr_k=D2^k、R=rk+R=r_{k_+}。对每个 a∈[0,R)a\in[0,R),采用平移二进格

Da={[a+m2q,a+(m+1)2q):m,q∈Z}. \mathcal D_a=\{[a+m2^q,a+(m+1)2^q):m,q\in\mathbb Z\}.

只有长度为 RR、且与共同支撑区间相交的根区间可能贡献。它们除两端至多各伸出一个长度 RR 外,没有多余部分,总长度至多 L+2RL+2R。

把所有函数限制到每个根区间内。局部核的四个坐标都落在自己的区间 II 内,而 II 包含在根内,所以这个限制不改变局部形式。

在根树内,尺度 kk 对应深度 s=k+−ks=k_+-k。颠倒尺度顺序不改变块内最大幅度,也不改变相邻差的绝对值之和。因此第零位置满足式 (T) 的分块条件;其余位置固定,取 Wj=1W_j=1 即可。

在各根上应用式 (T),再相加并用三角不等式,得到

∣∑k=k−k+∑I∈Da∣I∣=rkrkHI(h0,k,h1,h2,h3)∣≤Cb,1/8,C0(L+2R).(D) \left|\sum_{k=k_-}^{k_+} \sum_{\substack{I\in\mathcal D_a\\|I|=r_k}} r_kH_I(h_{0,k},h_1,h_2,h_3)\right| \le C_{b,1/8,C_0}(L+2R). \tag{D}

3.3 平移平均如何消去区间分割

固定尺度 r=rkr=r_k。长度 rr 的区间中点为 a+(m+1/2)ra+(m+1/2)r,故

∑I∈Da∣I∣=rr−1wI(x,t)=∑m∈Zr−1W(x−a−(m+1/2)rr,tr). \sum_{\substack{I\in\mathcal D_a\\|I|=r}} r^{-1}w_I(x,t) =\sum_{m\in\mathbb Z}r^{-1} W\left(\frac{x-a-(m+1/2)r}{r},\frac tr\right).

这个和关于 aa 是 rr-周期的。因为 R/rR/r 是整数,先把 [0,R)[0,R) 平均化成一个周期上的平均,再对每个 mm 作变量代换,得到

1R∫0R∑∣I∣=rr−1wI(x,t) da=1r∫0r∑m∈Zr−1W(x−a−(m+1/2)rr,tr) da=1r∫RW(z,t/r) dz=Δk(t). \begin{aligned} \frac1R\int_0^R \sum_{|I|=r}r^{-1}w_I(x,t)\,\mathrm{d}a &=\frac1r\int_0^r\sum_{m\in\mathbb Z}r^{-1} W\left(\frac{x-a-(m+1/2)r}{r},\frac tr\right)\,\mathrm{d}a\\ &=\frac1r\int_{\mathbb R}W(z,t/r)\,\mathrm{d}z\\ &=\Delta_k(t). \end{aligned}

第二个等号利用的是所有 mm 对应的代换区间恰好覆盖实直线,边界重叠只发生在零测集。第三个等号就是式 (K)。

将式 (D) 对 a∈[0,R)a\in[0,R) 平均,局部核便被替换成 Δk\Delta_k,得到式 (R2)。这里只涉及有限个尺度、有界支撑以及一致有限的相关区间数,交换积分和求和合法。

4. 从实直线函数到整数序列

对应 C Lemma 3.4,pp.7–8,式 (3.7)–(3.8)。

4.1 需要整个整数配置,而不只是两个坐标

由互素条件,可以选整数 e1,e2,e3e_1,e_2,e_3,使 ∑j=13ejbj=1\sum_{j=1}^{3}e_jb_j=1。再令 e0=−∑j=13eje_0=-\sum_{j=1}^{3}e_j,便有

∑j=03ej=0,∑j=03ejbj=1.(E) \sum_{j=0}^{3}e_j=0, \quad \sum_{j=0}^{3}e_jb_j=1. \tag{E}

因此对 yj=x+bjty_j=x+b_jt,t=∑jejyjt=\sum_je_jy_j。这是 C Lemma 2.3 中的整数重建关系。

互素并不意味着某两个斜率之差为 11。例如 (0,6,10,15)(0,6,10,15) 满足整体互素,但任意两项之差的绝对值都不为 11。后面的重建使用式 (E),不除以任何一对斜率之差。

4.2 在整数点周围放置小区间

现在 hj,h0,kh_j,h_{0,k} 是整数序列,支撑在同一个含 LL 个整数的区间内,满足上一节同样的幅度和分块变差条件。记

Eb=∑j=03∣ej∣. E_b=\sum_{j=0}^{3}|e_j|.

取 0<ρ<1/40<\rho<1/4,使

ρ(2+max⁡j∣bj∣Eb)<1. \rho\left(2+\max_j|b_j|E_b\right)<1.

把整数值 h(m)h(m) 延拓成区间 [m−ρ,m+ρ)[m-\rho,m+\rho) 上的常数,在其余实数点取零。区间彼此不交,幅度和逐点变差条件保持。全部实支撑落在长度不超过 L−1+2ρ≤LL-1+2\rho\le L 的区间中。

4.3 为什么不会产生额外的格点配置

假设四个实坐标 x+bjtx+b_jt 分别落在整数中心 pjp_j 的小区间中。除去边界零测集,令

δj=x+bjt−pj,∣δj∣<ρ, \delta_j=x+b_jt-p_j, \quad |\delta_j|<\rho,
m=p0,n=∑jejpj,ξ=x−m,η=t−n. m=p_0, \quad n=\sum_je_jp_j, \quad \xi=x-m, \quad \eta=t-n.

由式 (E),η=∑jejδj\eta=\sum_je_j\delta_j,故 ∣η∣≤ρEb|\eta|\le\rho E_b,且 ∣ξ∣=∣δ0∣<ρ|\xi|=|\delta_0|<\rho。对每个 jj,

∣pj−(m+bjn)∣=∣ξ+bjη−δj∣<ρ(2+∣bj∣Eb)<1. |p_j-(m+b_jn)| =|\xi+b_j\eta-\delta_j| <\rho(2+|b_j|E_b)<1.

左边是一个整数的绝对值,所以只能为零,即 pj=m+bjnp_j=m+b_jn。因此每个有贡献的实配置都来自唯一整数配置。

反过来,给定整数 (m,n)(m,n),相应实配置恰由

(ξ,η)∈Pρ={(ξ,η):∣ξ+bjη∣<ρ, 0≤j≤3} (\xi,\eta)\in P_\rho =\{(\xi,\eta):|\xi+b_j\eta|<\rho,\ 0\le j\le3\}

参数化,边界可忽略。PρP_\rho 包含原点的一个邻域,且由任意两个不同线性形式的限制可知有界,所以其面积 AρA_\rho 有限且为正。不同整数 (m,n)(m,n) 对应的区域除边界外不交。

4.4 离散核与连续核的误差可求和

记种植后的实直线积分为 IkI_k,整数形式为

Dk=∑m,n∈Zh0,k(m)∏j=13hj(m+bjn)Δk(n). D_k=\sum_{m,n\in\mathbb Z} h_{0,k}(m)\prod_{j=1}^{3}h_j(m+b_jn)\Delta_k(n).

上述分区给出精确公式

Ik=∑m,n∈Zh0,k(m)∏j=13hj(m+bjn)∫PρΔk(n+η) dξ dη. I_k=\sum_{m,n\in\mathbb Z} h_{0,k}(m)\prod_{j=1}^{3}h_j(m+b_jn) \int_{P_\rho}\Delta_k(n+\eta)\,\mathrm{d}\xi\,\mathrm{d}\eta.

因为 Δk(t)=2−kψ(2−kt)\Delta_k(t)=2^{-k}\psi(2^{-k}t),有

∥Δk′∥∞=2−2k∥ψ′∥∞. \|\Delta_k'\|_\infty=2^{-2k}\|\psi'\|_\infty.

于是 ∣Δk(n+η)−Δk(n)∣≤ρEb∥ψ′∥∞2−2k|\Delta_k(n+\eta)-\Delta_k(n)|\le\rho E_b\|\psi'\|_\infty2^{-2k}。该差若不为零,则 ∣n∣≤B2k+ρEb|n|\le B2^k+\rho E_b,因此相关整数 nn 的数量为 Oφ,b(2k)O_{\varphi,b}(2^k),这里使用 k≥0k\ge0。整数 mm 至多有 LL 个,系数乘积的绝对值至多 11。故

∣Ik−AρDk∣≤AρCφ,bL2−k. |I_k-A_\rho D_k| \le A_\rho C_{\varphi,b}L2^{-k}.

对 kk 求和时,∑k≥02−k=2\sum_{k\ge0}2^{-k}=2。把该误差和上一节的实直线估计合并,再除以 Aρ>0A_\rho>0,得到

∣∑k=k−k+∑m,n∈Zh0,k(m)∏j=13hj(m+bjn)Δk(n)∣≤Cφ,b′(L+D2k+).(Z) \left|\sum_{k=k_-}^{k_+}\sum_{m,n\in\mathbb Z} h_{0,k}(m)\prod_{j=1}^{3}h_j(m+b_jn)\Delta_k(n)\right| \le C'_{\varphi,b}(L+D2^{k_+}). \tag{Z}

这就是 C 式 (3.7)。常数不依赖尺度区间、分块方案或所选序列。

5. 最大值线性化为什么产生随尺度变化的函数

对应 C Proposition 3.5 证明的前半,p.9,从最小最大化指标的选择到式 (3.12)。

5.1 在整数序列上定义光滑平均

设 h1,h2,h3h_1,h_2,h_3 是绝对值不超过 11 的整数序列,共同支撑在含 LL 个整数的区间 KK 内。定义

Vk(m)=∑n∈Zφ2k(n)∏j=13hj(m+bjn). V_k(m)=\sum_{n\in\mathbb Z}\varphi_{2^k}(n) \prod_{j=1}^{3}h_j(m+b_jn).

固定端点 0≤k1<⋯<kw+10\le k_1<\cdots<k_{w+1} 以及 E⊆KE\subseteq K。对每个 m∈Em\in E,令 ℓi(m)\ell_i(m) 是使

∣Vℓ(m)−Vki(m)∣ |V_\ell(m)-V_{k_i}(m)|

在 ki≤ℓ≤ki+1k_i\le\ell\le k_{i+1} 上达到最大值的最小整数。最大值范围有限,这个选择完全确定。令

di(m)=Vℓi(m)(m)−Vki(m),αi(m)={di(m)‾/∣di(m)∣,di(m)≠0,0,di(m)=0. d_i(m)=V_{\ell_i(m)}(m)-V_{k_i}(m), \quad \alpha_i(m)= \begin{cases} \overline{d_i(m)}/|d_i(m)|,&d_i(m)\ne0,\\ 0,&d_i(m)=0. \end{cases}

于是 ∣αi∣≤1|\alpha_i|\le1,且 αidi=∣di∣\alpha_i d_i=|d_i|。复共轭在这里不可省略;若用 di/∣di∣d_i/|d_i|,一般并不能把乘积变成非负实数。

5.2 前缀截断与块内变差

在尺度块 ki≤k<ki+1k_i\le k<k_{i+1} 中,定义

h0,k(m)={αi(m)/(4w),m∈E, k<ℓi(m),0,其余情形。 h_{0,k}(m)= \begin{cases} \alpha_i(m)/(4\sqrt w),&m\in E,\ k<\ell_i(m),\\ 0,&\text{其余情形。} \end{cases}

对每个固定 mm,它在该块的一段前缀上取常值,超过停止位置后为零。幅度至多 1/(4w)1/(4\sqrt w),块内最多跳一次,跳幅也至多 1/(4w)1/(4\sqrt w)。因此

VB(h0)≤12w≤w−1/2. \mathcal V_B(h_0)\le\frac1{2\sqrt w}\le w^{-1/2}.

如果 ℓi(m)=ki\ell_i(m)=k_i,前缀为空;如果 ℓi(m)=ki+1\ell_i(m)=k_{i+1},块内没有跳变。这两种端点情形也满足同一界。不同块之间的跳变无需控制,因为式 (T) 的定义只计算块内变差。

虽然停止指标依赖 mm,块端点 kik_i 仍固定。这恰好符合式 (Z) 的假设;固定函数的局部估计则不能直接处理这种随尺度变化的测试函数。

5.3 差核求和精确恢复振荡

由 Δk=φ2k+1−φ2k\Delta_k=\varphi_{2^{k+1}}-\varphi_{2^k},有

Vk+1(m)−Vk(m)=∑nΔk(n)∏j=13hj(m+bjn). V_{k+1}(m)-V_k(m) =\sum_n\Delta_k(n)\prod_{j=1}^{3}h_j(m+b_jn).

所以式 (Z) 左边被取绝对值之前的和,等于

∑i=1w∑m∈Eαi(m)4w∑k=kiℓi(m)−1(Vk+1(m)−Vk(m))=14w∑m∈E∑i=1wmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓ(m)−Vki(m)∣. \begin{aligned} &\sum_{i=1}^{w}\sum_{m\in E} \frac{\alpha_i(m)}{4\sqrt w} \sum_{k=k_i}^{\ell_i(m)-1}(V_{k+1}(m)-V_k(m))\\ &\quad=\frac1{4\sqrt w}\sum_{m\in E}\sum_{i=1}^{w} \max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}}|V_\ell(m)-V_{k_i}(m)|. \end{aligned}

右边非负,因此整个和外的绝对值可以去掉。式 (Z) 所用的最大核尺度是 kw+1−1k_{w+1}-1;把边界项放宽到 D2kw+1D2^{k_{w+1}},得到

∑m∈E∑i=1wmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓ(m)−Vki(m)∣≤4Cφ,b′w (L+D2kw+1).(S) \sum_{m\in E}\sum_{i=1}^{w} \max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}}|V_\ell(m)-V_{k_i}(m)| \le4C'_{\varphi,b}\sqrt w\,(L+D2^{k_{w+1}}). \tag{S}

这就是 C 式 (3.12)。w\sqrt w 来自测试函数的归一化,而不是对最大值作一个独立的概率估计。

6. 有限轨道转移与一般概率空间

对应 C Proposition 3.5 证明的后半,p.9,式 (3.12) 之后至证明结束。

6.1 固定端点后,先确定截断余量

设 SS 是任意概率空间上的可逆、双可测保概率变换,∣fj∣≤1|f_j|\le1。固定端点 0≤k1<⋯<kw+10\le k_1<\cdots<k_{w+1}。选 Bφ≥1B_\varphi\ge1 使 supp⁡φ⊆[−Bφ,Bφ]\operatorname{supp}\varphi\subseteq[-B_\varphi,B_\varphi],再固定一个整数

Q≥Bφmax⁡j∣bj∣ 2kw+1. Q\ge B_\varphi\max_j|b_j|\,2^{k_{w+1}}.

QQ 依赖本次端点,但此后在轨道长度 MM 趋于无穷时保持不变。

对每个 M≥1M\ge1 和 x∈Xx\in X,定义有限序列

hj,x(r)={fj(Srx),1−Q≤r≤M+Q,0,其余整数 r. h_{j,x}(r)= \begin{cases} f_j(S^rx),&1-Q\le r\le M+Q,\\ 0,&\text{其余整数 }r. \end{cases}

共同支撑的整数数目为 M+2QM+2Q。对 1≤m≤M1\le m\le M 及所有 k1≤k≤kw+1k_1\le k\le k_{w+1},若 φ2k(n)≠0\varphi_{2^k}(n)\ne0,则

∣bjn∣≤Bφ∣bj∣2k≤Q. |b_jn|\le B_\varphi|b_j|2^k\le Q.

所以 m+bjnm+b_jn 均在未截断区间内。于是序列平均满足精确等式

Vk(m)=∑nφ2k(n)∏j=13fj(Sm+bjnx)=Vkφ(Smx). V_k(m)=\sum_n\varphi_{2^k}(n) \prod_{j=1}^{3}f_j(S^{m+b_jn}x) =V_k^\varphi(S^mx).

这个等式覆盖各端点之间的全部中间尺度,而不只是端点本身。

6.2 积分后利用保测性

在式 (S) 中取 L=M+2QL=M+2Q、E={1,…,M}E=\{1,\ldots,M\},再对 xx 积分。所有平均与最大值都由有限个可测函数构成,故积分有定义。

对每个 mm,保测性给出

∫Xmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓφ(Smx)−Vkiφ(Smx)∣ dμ(x)=∫Xmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓφ−Vkiφ∣ dμ. \int_X\max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}} |V_\ell^\varphi(S^mx)-V_{k_i}^\varphi(S^mx)|\,\mathrm{d}\mu(x) = \int_X\max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}} |V_\ell^\varphi-V_{k_i}^\varphi|\,\mathrm{d}\mu.

因此

M∑i=1w∫Xmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓφ−Vkiφ∣ dμ≤4Cφ,b′w (M+2Q+D2kw+1). \begin{aligned} &M\sum_{i=1}^{w}\int_X \max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}} |V_\ell^\varphi-V_{k_i}^\varphi|\,\mathrm{d}\mu\\ &\quad\le4C'_{\varphi,b}\sqrt w \,(M+2Q+D2^{k_{w+1}}). \end{aligned}

除以 MM,然后令 M→∞M\to\infty。此时端点及 QQ 已固定,所以边界项消失,得到

∑i=1w∫Xmax⁡ki≤ℓ≤ki+1∣Vℓφ−Vkiφ∣ dμ≤4Cφ,b′w. \sum_{i=1}^{w}\int_X \max_{k_i\le\ell\le k_{i+1}} |V_\ell^\varphi-V_{k_i}^\varphi|\,\mathrm{d}\mu \le4C'_{\varphi,b}\sqrt w.

这正是第一单元使用的 Proposition 3.5,常数不依赖系统、函数或端点。有限轨道化虽然产生了依赖端点的截断余量,但在最后取 M→∞M\to\infty 时完全消失。

6.3 为什么不需要标准性或混合性

这一过程只沿有限轨道读出可测函数,应用整数序列不等式,再用保测性积分。它没有使用条件分布、遍历分解或拓扑模型,因此不要求概率空间标准。也没有出现相关衰减,故不使用混合性。

可逆性用于解释整数序列中的负时间。若函数最初只是 L∞L^\infty 等价类,先取有界代表元并删除全部整数平移后的例外零测集,处理方式与第一单元相同。

7. 常数与极限次序

固定斜率和一个平均权重后,先由 Lemma 3.2 确定 D,C0D,C_0,再由整数重建系数确定 ρ,Aρ\rho,A_\rho。这些量均不依赖后来的尺度端点和输入函数。

给定某组尺度端点后,构造随尺度变化的测试函数,并选择相应的轨道截断余量 QQ。最后才让轨道长度 MM 趋于无穷。式 (T) 的常数必须从一开始就对深度和各块数统一,否则最后无法得到第一单元的式 (O)。

两个单元合并后,得到一条条件性推导:C Theorem 2.2 的局部绝对和估计,推出 C Theorem 1.1 的混合系统三重逐点结论。仍需继续审读的是 Theorem 2.2 自身的证明,包括 D 中随深度变化的局部估计,以及 H 中被引用的具体分析命题。

原文对照

  • C p.3,Definition 2.1 与式 (2.1)–(2.3):可容许核与局部形式。
  • C pp.3–4,Theorem 2.2 与式 (2.4):深度变化的局部绝对和。
  • C p.4,Lemma 2.3 与式 (2.5):整数配置的整体重建。
  • C p.6,Lemma 3.2 与式 (3.3)–(3.4):尺度差及四方向消去核。
  • C p.7,Lemma 3.3 与式 (3.5)–(3.6):平移二进格平均。
  • C pp.7–8,Lemma 3.4 与式 (3.7)–(3.8):整数种植及误差求和。
  • C p.9,Proposition 3.5 证明与式 (3.12):复相位、前缀截断和有限轨道转移。